loading自平衡法在试桩检测中的应用
张军豪（天津港建设公司）
马俊雨（中交一航局第四工程有限公司）
摘 要：自平衡法静载试验属于桩基检测领域的前沿技术。特别适用于传统静载试验难以实施的狭窄的试桩、基坑底试桩、水上试桩、坡地试桩等情况，弥补了传统静载试验方法的不足。具有受场地限制非常小、现场检测简洁灵活、加载量大、试验周期短、经济性较好等特点。 关键词：自平衡法；技术；试桩；静载试验。
1 工程概况
1.1结建工程桩基础工程概况
天津北站1号风道与2号出入口结建工程长77.5m、宽20m，有103根直径800mm钻孔灌注桩，采用C50混凝土浇筑，其中有3根为试桩，设计桩长35.8m，桩顶设计标高-7.929m，桩底设计标高-32.929m，单桩竖向抗压极限承载力3500KN。结建基坑周边有9层海韵家园居民楼2栋，变电所一间，煤气调压室一间；调新里待拆迁6层居民楼一栋，作业场地比较狭小。
1.2试验方法的选取
单桩竖向承载力检测一般采用堆载法。堆载法试桩需要大量的荷载物（一般为铁锭、混凝土块或砂袋）及运输、起吊等工作，工程量相当大，且费用高；而且在堆载之前的准备工作多，对场地的要求也相对要大，需待桩基强度达到100%且不小于28天龄期后方可在地面
【】
进行堆载试验。而自平衡法检测桩基器材小，可在狭小空间进行，成桩15天1后即可进行检测，试桩准备工作省时省力；由于没有桩顶上部的荷载，设备运输、安装和试验过程中的安全性都大大提高；尽管荷载箱为一次性投入器件，但其所需费用一般为传统试验费用约1/3-1/2，吨位越大越明显，自平衡试验后对“平衡点”荷载箱进行压力灌浆后基桩仍可作为“工程桩”使用；同一根桩可重复试验（在同一根桩上我们可采用双荷载箱或多荷载箱技术，也可以在同一桩端深度的不同的时间进行试验）。
根据本工程进行静载检测的特点，若用堆载法则需成桩28天后在地面进行检测，检测周期时间长，合格后进行其他工程桩的施工，而开挖则还需要18天之后，挖到基底则需要10天；根据以上自平衡的特点，试桩成桩后，可以进行其他工程桩的施工用时28天完成，同时可以提前挖土，挖到基底后，1天即可完成静载试验的检测，与之相比可以大大的节省了工期。为了节约检测成本，满足业主要求的工期，从工作原理、操作难易程度、经济指标及施工周期等综合因素的考虑，最终选用了桩基检测的新技术—自平衡法桩基承载力检测。
2 实验原理及方法
桩基静载试验自平衡测试技术，属于间接的桩基静载试验方法，通过荷载箱与钢筋笼连接后安装在桩身平衡点。将荷载箱的高压油管和位移丝引到地面，由油泵向荷载箱冲油，荷载箱对桩体上、下部桩体施加荷载，箱顶和箱底同时产生向上与向下的推力，从而调动桩周围土的侧阻力与端阻力来维持加载，同时通过引至地面的位移传感器读出下段桩的沉降和上
段桩的向上位移。其上段桩身的负摩阻力加自重等于下段桩摩阻力加端阻力，将测出的上段极限承载力经一定处理后与下段极限承载力相加即为桩基的极限承载力。如图1所示：
基准梁地层剖面位移传感器测量仪上段桩身加强筋加强钢圈位移杆液压站导向筋荷载箱下段桩身 图1 预埋静荷载箱示意图
2.1实验前准备工作
加强箍筋焊接、荷载箱与钢筋笼组焊、导正筋制作安装、上下顶位移丝及保护管准备安装、管路附件安装、管路密封保护标记、试桩施工。
2.2 加载设备
采用荷载箱加载，荷载箱埋设深度位置根据地质情况及土力学指标经设计单位计算确定标高为-22.929m。荷载箱由位于地面的液压油泵，通过埋设的高压油管向荷载箱分级加载油压，每一级载荷的油压值根据荷载箱率定曲线计算确定。此次试桩检测没几荷载取预估极限荷载的1/10，逐级加载至极限承载力；首次加载施加双倍分级荷载。
2.3 位移测量
试验采用三组位移数据，分别为下位移（下段桩体位移）、上位移（上段桩体位移）和顶位移（试桩桩顶位移）。
位移数据采用大量程位移传感器采集，在位移丝地面端读取，数据自动传输至电脑测量仪进行显示、记录、处理。
现场数据经整理分析后，绘制荷载箱向上位移U-δ曲线和δ-lgt曲线、向下位移Q-s曲线和s-lgt曲线，据此转换为与传统试桩等效的桩顶Q-S曲线。
2.4自平衡法静载现场检测照片（图2）
图2 自平衡现场检测照片
2.5 施工过程控制
（1）灌注桩成孔时严格控制垂直度，倾斜度小于1%。 （2）荷载箱与钢筋笼的焊接必须保证钢筋笼与荷载箱基本在同一轴线上，焊点保证质量。为保证导管顺利穿过荷载箱，在荷载箱上下连接导向钢筋，其数量与主筋相同，导向筋及荷载箱的连接应平顺，不阻碍导管的自由进出，荷载箱上下各3m范围内箍筋加密，加密后箍筋间距10cm。
（3）位移丝保护管连接选用套管接头，并与钢筋笼固定为一体，管壁无孔洞，确保管壁不深入泥浆。
（4）根据地质勘查报告、试桩设计图纸、桩位布置图及时做好施工的原始记录。 （5）自平衡法静载试验完成后，荷载箱部位必须注浆补强。
3 试验所用的主要仪器设备
（1）RS-JYC或JCQ-503E桩基静载测试系统及配套位移传感器； （2）RS-1616K(P)桩基动测试系统及配套力振传感器； （3）静荷载试验及配套设备、精密压力传感器； （4）电动油泵、精密油压表；
（5）荷载箱专用附件、专用检测工具等。
4 试验成果
在结建工程开挖至基底后进行自平衡法静载试验。
4.1测试时间
结建工程在成桩后挖至基底，历时38天后进行的测试；若不满足要求，可进行注浆补强，注浆后不少于20天进行注浆后测试。
4.2加载分级与位移观测
试验按最大荷载3500KN分成10级加载，每级加载值350KN，首级为700KN。荷载箱加载至最大试验荷载3500KN，实测上段桩和下段桩向上位移U-δ曲线、向下位移Q-s曲线均呈缓变型，δ-lgt曲线和s-lgt曲线均呈平直型，且位移量很小。本工程试验桩利用的是工程桩，工程桩没有压到破坏。根据试验结果，整理出来上、下段桩荷载的变形曲线如图3。
图3 试桩荷载箱荷载变形曲线示意图
当荷载箱加载至最大3500KN时，上段桩向上位移累计1.20mm，卸载后剩余位移0.73mm，回弹率39.17%，而对应的荷载箱下位移3.57mm，卸载后剩余位移2.08mm，回弹率为41.74%。
4.3计算单桩竖向抗压极限承载力的确定
根据地质报告，参考桩承载力自平衡测试技术规程，荷载箱上段桩侧阻力修正系数g=0.8。
因加载至设计要求的最大荷载3500KN，试桩没有被破坏，未到极限承载力，故此处下段桩极限的承载力取值定为3500KN。
单桩竖向抗压极限承载力=上段桩桩侧极限摩擦阻力+下段桩极限承载力： QU=【（QU上-W）/g】+QU下={【3500-3.14*0.4*0.4*（35.8-10）*24.5】/0.8}+3500=7478KN 式中：QU-单桩竖向抗压极限承载力（KN）；
QU上-荷载箱上段桩的实测极限承载力（KN）； QU下-荷载箱下段桩的实测极限承载力（KN）；
W-荷载箱上段桩的自重；
g-荷载箱上段桩侧阻力修正系数。
根据自平衡法测得的向上和向下两个方向的荷载沉降曲线，按照上段桩与下段桩位移相等的原则，汇总出相应的等效Q-S曲线【Qi =（Qi上- W）/g）+Qi下】如图4：
图4 等效单桩竖向抗压静载试验Q-S曲线示意图
试验结过表明，单桩竖向抗压极限承载力大于原设计值，满足设计的要求。
5 结束语
北站1号风道2号出入口结建施工场地狭小，工期要求紧迫，自平衡法静载检测试验，可以满足基坑底部施工，大大的节省工期，特别适用工期紧的桩基工程。但自平衡法静载试
验也有一定的局限性，主要是平衡的确定原则以及摩擦阻力转换系数的取值有一定的经验性，需要在较多的实践下才能准确取值。
参 考 文 献
[1] 龚维明、薛国亚等人起草，JT/T738-2009,桩基静载试验,自平衡法[S]，人民交通出版社出版发行. [2]中国建筑科学研究院主编， JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S]，中国建筑工业出版社出版发行.
作者简介：
张军豪，男，1970年11月11日，天津市静海县，高级工程师，现天津港建设公司工作。毕业于北京商学院，经济信息管理专业；
马俊雨，男，1986年7月14日，天津市宝坻区，工程师，现中交一航局第四工程有限公司工作。毕业于辽宁工程技术大学，地下建筑专业。